化工原理第二版兩冊答案(習(xí)題5附圖主編).doc

第一章 流體流動 4某儲油罐中盛有密度為960 kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時離罐底9.5 m，油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5106 Pa，問至少需要幾個螺釘（大氣壓力為101.3103 Pa）？ 解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000 mm處的流體壓力為 作用在孔蓋上的總力為 每個螺釘所受力為 因此 習(xí)題5附圖 習(xí)題4附圖 5如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計。讀數(shù)分別為R1=500 mm，R2=80 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=100 mm。試求A、B兩點的表壓力。 解：（1）A點的壓力 （2）B點的壓力 7某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過13.3 kPa（表壓），在爐外裝一安全液封管（又稱水封）裝置，如本題附圖所示。液封的作用是，當(dāng)爐內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度h。習(xí)題7附圖解：10有一裝滿水的儲槽，直徑1.2 m，高3 m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4 cm，測得水流過小孔的平均流速u0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為： 試求算（1）放出1 m3水所需的時間（設(shè)水的密度為1000 kg/m3）；（2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m3煤油所需時間有何變化（設(shè)煤油密度為800 kg/m3）？ 解：放出1m3水后液面高度降至z1，則 由質(zhì)量守恒，得 ， （無水補充） (A為儲槽截面積)故有 即 上式積分得 11如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m，水從108 mm4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按hf=5.5u2計算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1）A-A截面處水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。 解：（1）A- A截面處水的平均流速 在高位槽水面與管路出口截面之間列機械能衡算方程,得 （1）式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表壓） z2=1.5 m，p2=0（表壓），ub2 =5.5 u2代入式（1）得 （2）水的流量（以m3/h計） 習(xí)題11附圖 習(xí)題13附圖 13如本題附圖所示，用泵2將儲罐1中的有機混合液送至精餾塔3的中部進行分離。已知儲罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133105 Pa。流體密度為800 kg/m3。精餾塔進口處的塔內(nèi)壓力為1.21105 Pa，進料口高于儲罐內(nèi)的液面8 m，輸送管道直徑為68 mm 4 mm，進料量為20 m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 習(xí)題14附圖14本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2 m，槽底與內(nèi)徑d0為32 mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其初始液面高度h1為2 m（以管子中心線為基準）。液體在管內(nèi)流動時的全部能量損失可按hf=20 u2計算，式中的u為液體在管內(nèi)的平均流速（m/s）。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1 m時所需的時間。 解：由質(zhì)量衡算方程，得 （1） （2） （3）將式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程 即 或?qū)懗?（5）式（4）與式（5）聯(lián)立，得 即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 積分得 18某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動。若管長及液體物性不變，將管徑減至原來的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍？ 解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時 = 或 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2=（0.5）0.25=0.841故 =320.84=26.9 習(xí)題19附圖 19用泵將2104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mm4 mm的鋼管，總長為35 m，管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為4）、五個標(biāo)準彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為17 m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073 kg/m3，黏度為6.310-4 Pas。管壁絕對粗糙度可取為0.3 mm。） 解：在反應(yīng)器液面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-2，間列機械能衡算方程，以截面1-1，為基準水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9103 Pa (表)，p2=0 (表) 將以上數(shù)據(jù)代入式（1），并整理得 =9.8117+=192.0+其中 =（+） =1.656105 根據(jù)Re與e/d值，查得=0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為 閘閥（全開）： 0.432 m =0.86 m 標(biāo)準彎頭： 2.25 m =11 m故 =(0.03+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的軸功率為 =1.73kW流體輸送管路的計算 習(xí)題20附圖 20如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100 mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15 m處安有以水銀為指示液的U管壓差計，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的直管長度為20 m。 （1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時，測得R=600 mm、h=1500 mm；當(dāng)閘閥部分開啟時，測得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù)可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時從管中流出多少水（m3）？ （2）當(dāng)閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時Le/d15，摩擦系數(shù)仍可取0.025。） 解：（1）閘閥部分開啟時水的流量 在貯槽水面1-1，與測壓點處截面2-2，間列機械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準水平面，得 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程知 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得 將以上各值代入式（a），即 9.816.66=+2.13 ub2 解得 水的流量為 （2）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即 9.816.66=+4.81 ub2解得 再在截面1-1，與2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表壓力） 將以上數(shù)值代入上式，則 解得 p2=3.30104 Pa（表壓） 習(xí)題22附圖 22如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用mm的鋼管，管路總長為190 m（包括管件與閥門的當(dāng)量長度，但不包括進、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15 m。設(shè)水溫為12 ，試求管路的輸水量（m3/h）。 解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 （1）采用試差法，代入式（1）得，故假設(shè)正確，管路的輸水量第二章 流體輸送機械 2用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/min）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60 kPa和220 kPa，兩測壓口之間垂直距離為0.5 m，泵的軸功率為6.7 kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80 mm，吸入管中流動阻力可表達為（u1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5 m，實驗是在20 ，98.1 kPa的條件下進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準面），得到將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得m/s則 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的揚程(3) 泵的效率=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%4用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/min）將20 的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的壓頭損失和動壓頭分別為2.4 m和0.61 m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5 m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安裝高度是否合適。解：(1) 泵的安裝高度在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準面），得即 m（2）輸送55 清水的允許安裝高度55 清水的密度為985.7 kg/m3，飽和蒸汽壓為15.733 kPa則 =m=2.31m原安裝高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。8用離心泵將水庫中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8 m，管內(nèi)流動在阻力平方區(qū)，管路特性方程為 （qe的單位為m3/s）單臺泵的特性方程為 （q的單位為m3/s）試求泵的流量、壓頭和有效功率。 解：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點對應(yīng)的q、H，進而計算Pe。管路特性方程 泵的特性方程 聯(lián)立兩方程，得到 q=4.52103 m3/s H=19.42 m則 W=861 W11用離心通風(fēng)機將50 、101.3 kPa的空氣通過內(nèi)徑為600 mm，總長105 m（包括所有局部阻力當(dāng)量長度）的水平管道送至某表壓為1104 Pa的設(shè)備中。空氣的輸送量為1.5104 m3/h。摩擦系數(shù)可取為0.0175?，F(xiàn)庫房中有一臺離心通風(fēng)機，其性能為：轉(zhuǎn)速1450 min-1，風(fēng)量1.6104 m3/h，風(fēng)壓為1.2104 Pa。試核算該風(fēng)機是否合用。解：將操作條件的風(fēng)壓和風(fēng)量來換算庫存風(fēng)機是否合用。Pa=106300Pakg/m3=1.147 kg/m3m/s=14.40 m/s則 Pa=10483 PaPa=10967 Pa庫存風(fēng)機的風(fēng)量q=1.6104 m3/h，風(fēng)壓HT=1.2104 Pa均大于管路要求（qe=1.5104 m3/h，HT=10967 Pa），故風(fēng)機合用。第三章 非均相混合物分離及固體流態(tài)化1顆粒在流體中做自由沉降，試計算（1）密度為2 650 kg/m3，直徑為0.04 mm的球形石英顆粒在20 空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2 650 kg/m3，球形度的非球形顆粒在20 清水中的沉降速度為0.1 m/ s，顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7 900 kg/m3，直徑為6.35 mm的鋼球在密度為1 600 kg/m3的液體中沉降150 mm所需的時間為7.32 s，液體的黏度是多少？解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則： 查附錄20 空氣，所以，核算流型： 所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276 m/s。（2）采用摩擦數(shù)群法依，查出：，所以：（3）假設(shè)為滯流沉降，得： 其中 將已知數(shù)據(jù)代入上式得： 核算流型 2用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5 m，寬5 m，高4.2 m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000 kg/m3。氣體的處理量為3000（標(biāo)準）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。（1）若操作在20 下進行，操作條件下的氣體密度為1.06 kg/m3，黏度為1.810-5 Pas。（2）若操作在420 下進行，操作條件下的氣體密度為0.5 kg/m3，黏度為3.310-5 Pas。解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.98510-5 m。（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.13210-5 m。3對2題中的降塵室與含塵氣體，在427 下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10 m，試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h，令 則 （1） 10 m塵粒的沉降速度 由（1）式計算h 層數(shù)取18層 核算顆粒沉降雷諾數(shù)： 核算流體流型： 6在實驗室里用面積0.1 m2的濾葉對某懸浮液進行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67 kPa，測得過濾5 min后得濾液1 L，再過濾5 min后，又得濾液0.6 L。試求，過濾常數(shù)，并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為： 由實驗數(shù)據(jù)知： ， ， 將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得： 解得 所以，恒壓過濾方程為 （m3/m2，s）或 （m3，s）7用10個框的板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635 mm635 mm25 mm。已知操作條件下過濾常數(shù)為， 濾餅與濾液體積之比為v=0.06。試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為，代入恒壓過濾方程得 8在0.04 m2的過濾面積上以110-4 m3/s的速率進行恒速過濾試驗，測得過濾100 s時，過濾壓力差為3104 Pa；過濾600 s時，過濾壓力差為9104 Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635 mm635 mm60 mm的板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進行恒速過濾，在過濾壓強差達到6104 Pa時改為恒壓操作。每獲得1 m3濾液所生成的濾餅體積為0.02 m3。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。 解：第一階段是恒速過濾，其過濾時間與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為： 板框過濾機所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗時相同，且過濾速度也一樣，因此，上式中a，b值可根據(jù)實驗測得的兩組數(shù)據(jù)求出： 3104=100a+b 9104=600a+b解得 a=120，b=1.8104即 恒速階段終了時的壓力差，故恒速段過濾時間為 恒速階段過濾速度與實驗時相同 根據(jù)方程3-71， 解得： ， 恒壓操作階段過濾壓力差為6104 Pa，所以 板框過濾機的過濾面積 濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為 應(yīng)用先恒速后恒壓過濾方程 將K、qe、qR、q的數(shù)值代入上式，得： 解得 9. 在實驗室用一個每邊長0.16 m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進行過濾試驗。操作條件下在過濾壓力差為275.8 kPa，漿料溫度為20 。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2 930 kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分數(shù)為0.072 3。濾餅不可壓縮，每1 m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1 620 kg。實驗中測得得到1 L濾液需要15.4 s，得到2 L濾液需要48.8 s。試求過濾常數(shù)，濾餅的空隙濾，濾餅的比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)已知，；，及代入恒壓過濾方程式 聯(lián)立以上兩式，解得，濾餅的空隙濾 懸浮液的密度 以1 m3懸浮液為基準求濾餅體積， 濾液體積 濾餅不可壓縮時，所以，濾餅比阻為顆粒的比表面積 第五章 傳熱過程基礎(chǔ) 2某平壁燃燒爐由一層400 mm厚的耐火磚和一層200 mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測得爐的內(nèi)表面溫度為1500 ，外表面溫度為100 ，試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，。兩式中的t可分別取為各層材料的平均溫度。 解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得 解之得 則 4直徑為mm的鋼管用40 mm厚的軟木包扎，其外又包扎100 mm厚的保溫灰作為絕熱層?，F(xiàn)測得鋼管外壁面溫度為，絕熱層外表面溫度為10 。軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為)和)，試求每米管長的冷損失量。 解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，則 7在一傳熱面積為25 m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機溶液。冷卻水的流量為28 000kg/h，其溫度由25 升至38 ，平均比熱容為4.17 kJ/(kg)。有機溶液的溫度由110 降至65 ，平均比熱容為1.72 kJ/(kg)。兩流體在換熱器中呈逆流流動。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計算該有機溶液的處理量。 解： kJ/(kg) 求 有機物 110 65 水 38 25 72 40 8在一單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機溶劑。冷卻水的流量為10 000 kg/h，其初始溫度為30 ，平均比熱容為4.174 kJ/（kg）。有機溶劑的流量為14 000 kg/h，溫度由180 降至120 ，平均比熱容為1.72 kJ/（kg）。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)為500 W/(m2)，試分別計算逆流和并流時換熱器所需的傳熱面積，設(shè)換熱器的熱損失和污垢熱阻可以忽略。解： 冷卻水的出口溫度為逆流時并流時 10在一單殼程、雙管程的管殼式換熱器中，水在殼程內(nèi)流動，進口溫度為30 ，出口溫度為65 。油在管程流動，進口溫度為120 。出口溫度為75 ，試求其傳熱平均溫度差。 解：先求逆流時平均溫度差 油 120 75 水 65 30 55 45 計算P及R 查圖5-11（a）得 12在一單程管殼式換熱器中，管外熱水被管內(nèi)冷水所冷卻。已知換熱器的傳熱面積為5 m2，總傳熱系數(shù)為1 400 W/(m2)；熱水的初溫為100 ，流量為5 000 kg/h；冷水的初溫為20 ，流量為10 000 kg/h。試計算熱水和冷水的出口溫度及傳熱量。設(shè)水的平均比熱容為4.18 kJ/(kg)，熱損失可忽略不計。 解： 查圖得 傳熱量 解出 解出 22某煉油廠擬采用管殼式換熱器將柴油從176冷卻至65。柴油的流量為9800kg/h。冷卻介質(zhì)采用35的循環(huán)水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于30kPa，試選擇適宜型號的管殼式換熱器。解：略第8章 3. 在總壓為110.5 kPa的條件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空氣中的氨氣。測得在塔的某一截面上，氨的氣、液相組成分別為、。氣膜吸收系數(shù)kG=5.210-6 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系數(shù)kL=1.5510-4 m/s。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，溶解度系數(shù)H0.725 kmol/(m3kPa)。 （1）試計算以、表示的總推動力和相應(yīng)的總吸收系數(shù)； （2）試分析該過程的控制因素。解：(1) 以氣相分壓差表示的總推動力為 kPa 其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為 kmol/(m2skPa) 以液相組成差表示的總推動力為 其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為 （2）吸收過程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分數(shù)為氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過程為氣膜控制。5. 在101.3 kPa及25 的條件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13103 kPa，吸收劑用量為最小用量的1.45倍。（1） 試計算吸收液的組成； （2） 若操作壓力提高到1013 kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。 解：（1） 吸收劑為清水，所以 所以操作時的液氣比為 吸收液的組成為 （2） 6. 在一直徑為0.8 m的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體。已知混合氣的流量為45 kmol/h，二氧化硫的體積分數(shù)為0.032。操作條件下氣液平衡關(guān)系為，氣相總體積吸收系數(shù)為0.056 2 kmol/(m3s)。若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%，要求回收率為98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料層高度。解： 惰性氣體的流量為水的用量為 求填料層高度 7. 某填料吸收塔內(nèi)裝有5 m高，比表面積為221 m2/m3的金屬階梯環(huán)填料，在該填料塔中，用清水逆流吸收某混合氣體中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為50 kmol/h，溶質(zhì)的含量為5（體積分數(shù)）；進塔清水流量為200 kmol/h，其用量為最小用量的1.6倍；操作條件下的氣液平衡關(guān)系為；氣相總吸收系數(shù)為；填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90。試計算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直徑。解：（1）惰性氣體的流量為對于純?nèi)軇┪?依題意（2） 由 填料塔的直徑為9. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2 m，填料層高度為3 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組分。入塔混合氣的流量為40 kmol/h，溶質(zhì)的含量為0.06（摩爾分數(shù)）；要求溶質(zhì)的回收率不低于95%；操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y = 2.2X ；溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35 kmol/ (m2h)。填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90。試計算（1）出塔的液相組成；（2）所用填料的總比表面積和等板高度。解：（1） 惰性氣體的流量為 （2） m由 填料的有效比表面積為填料的總比表面積為由 由 填料的等板高度為 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分數(shù)為0.085，操作條件下物系的相平衡常數(shù)為26.7，載氣的流量為250 kmol/h。若吸收劑用量為最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率為92%。試求水的用量（kg/h）及所需理論級數(shù)。 解： 用清水吸收， 操作液氣比為 水的用量為 用清水吸收， 由 11. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為 0.6 m，填料層高度為6 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分?，F(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為 Y = 1.5 X ?，F(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于0.002（摩爾比）。該制藥廠擬采用以下改造方案：維持液氣比不變，在原塔的基礎(chǔ)上將填料塔加高。試計算填料層增加的高度。解：改造前填料層高度為 改造后填料層高度為故有由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故對于純?nèi)軇┪?，?故 因此，有操作液氣比為填料層增加的高度為第九章 蒸餾3在100 kPa壓力下將組成為0.55（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)）的兩組分理想溶液進行平衡蒸餾和簡單蒸餾。原料液處理量為100 kmol，汽化率為0.44。操作范圍內(nèi)的平衡關(guān)系可表示為。試求兩種情況下易揮發(fā)組分的回收率和殘液的組成。解：（1）平衡蒸餾（閃蒸）依題給條件 則 由平衡方程 聯(lián)立兩方程，得y = 0.735， x = 0.4045kmol = 44kmol（2）簡單蒸餾kmol kmol即 解得 xW = 0.3785簡單蒸餾收率高（61.46%），釜殘液組成低（0.3785）5在連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分A的摩爾分數(shù)，下同），飽和液體進料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96，釜液的組成為0.033。試求（1）餾出液的流量和組成；（2）若操作回流比為2.65，寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得 kmol/h=54.55 kmol/hkmol/h=45.45 kmol/h（2）精餾段操作線方程（3）提餾段的液相負荷6在常壓連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分理想溶液。進料量為60 kmol/h，其組成為0.46（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，下同），原料液的泡點為92 。要求餾出液的組成為0.96，釜液組成為0.04，操作回流比為2.8。試求如下三種進料熱狀態(tài)的q值和提餾段的氣相負荷。（1）40 冷液進料；（2）飽和液體進料；（3）飽和蒸氣進料。已知：原料液的汽化熱為371 kJ/kg，比熱容為1.82 kJ/(kg )。解：由題給數(shù)據(jù)，可得 （1）40 冷液進料 q值可由定義式計算，即（2）飽和液體進料 此時 q = 1（3）飽和蒸氣進料 q = 0三種進料熱狀態(tài)下，由于q的不同，提餾段的氣相負荷（即再沸器的熱負荷）有明顯差異。飽和蒸氣進料V最小。7在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50 kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為94。已知精餾段操作線方程為y = 0.75x+0.238；q線方程為y = 2-3x。試求（1）操作回流比及餾出液組成；（2）進料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；（3）兩操作線交點的坐標(biāo)值xq及yq；（4）提餾段操作線方程。解：（1）操作回流比及餾出液組成 由題給條件，得及解得 R = 3，xD = 0.9522）進料熱狀況參數(shù)及原料液組成 由于及解得 q = 0.75（氣液混合進料），xF = 0.5（3）兩操作線交點的坐標(biāo)值xq及yq 聯(lián)立操作線及q線兩方程，即解得 xq = 0.4699及yq = 0.5903（4）提餾段操作線方程 其一般表達式為式中有關(guān)參數(shù)計算如下： kmol/h = 25.32 kmol/hkmol/h =111.54 kmol/hkmol/h = 86.22 kmol/h則 9在板式精餾塔中分離相對揮發(fā)度為2的兩組分溶液，泡點進料。餾出液組成為0.95（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，下同），釜殘液組成為0.05，原料液組成為0.6。已測得從塔釜上升的蒸氣量為93 kmol/h，從塔頂回流的液體量為58.5 kmol/h，泡點回流。試求（1）原料液的處理量；（2）操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：（1）原料液的處理量 由全塔的物料衡算求解。對于泡點進料，q = 1kmol/h=34.5 kmol/h則 解得 kmol/h（2）R為Rmin的倍數(shù)R = 1.70對于泡點進料，Rmin的計算式為 于是 第十章 液-液萃取和液-固浸取 1. 25時醋酸（A）庚醇-3（B）水（S）的平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題1附表1 溶解度曲線數(shù)據(jù)（質(zhì)量分數(shù)/%）醋酸（A）庚 醇-3（B）(333(B)水（S）醋酸（A）庚 醇-3（B） -3(B)-3(B)-3(B) 3(B)水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6習(xí)題1附表2 聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)（醋酸的質(zhì)量分數(shù)%）水 層庚 醇-3 層水 層庚 醇-3 層6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9 試求：（1）在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，在直角坐標(biāo)圖上繪出分配曲線。（2）確定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水組成的混合液的物系點位置。混合液經(jīng)充分混合并靜置分層后，確定兩共軛相的組成和質(zhì)量。（3）上述兩液層的分配系數(shù)及選擇性系數(shù)。（4）從上述混合液中蒸出多少千克水才能成為均相溶液？ 解：（1）溶解度曲線如附圖1中曲線SEPHRJ所示。輔助曲線如附圖1曲線SNP所示。分配曲線如附圖2 所示。 （2）和點醋酸的質(zhì)量分率為 水的質(zhì)量分率為 由此可確定和點M的位置，如附圖1所示。由輔助曲線通過試差作圖可確定M點的差點R和E。由杠桿規(guī)則可得 由附圖1可查得E相的組成為習(xí)題1 附圖1 習(xí)題1 附圖2 R相的組成為 （3）分配系數(shù) 選擇性系數(shù) （4）隨水分的蒸發(fā)，和點M將沿直線SM移動，當(dāng)M點到達H點時，物系分層消失，即變?yōu)榫辔锵?。由杠桿規(guī)則可得 需蒸發(fā)的水分量為 2. 在單級萃取裝置中，以純水為溶劑從含醋酸質(zhì)量分數(shù)為30%的醋酸庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的處理量為1 000 kg/h，要求萃余相中醋酸的質(zhì)量分數(shù)不大于10%。試（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)見習(xí)題1。 解：（1）物系的溶解度曲線及輔助曲線如附圖所示。由原料組成xF=0.3可確定原料的相點F，由萃余相的組成xA=0.1可確定萃余相的相點R。借助輔助曲線，由R可確定萃取相的相點E。聯(lián)結(jié)RE、FS，則其交點M即為萃取操作的物系點。由杠桿規(guī)則可得 習(xí)題2 附圖 （2）由杠桿規(guī)則可確定萃余相的量。 由附圖可讀得萃取相的組成為 萃取率= 5. 在多級逆流萃取裝置中，以水為溶劑從含丙酮質(zhì)量分數(shù)為40%的丙酮醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的處理量為2 000kg/h，操作溶劑比（）為0.9，要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分數(shù)不大于6%，試求（1）所需的理論級數(shù)；（2）萃取液的組成和流量。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題5附表 丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分數(shù)）萃 取 相萃 余 相丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）07.492.6096.33.53.28.388.54.891.04.26.08.086.09.485.65.09.58.382.213.580.56.012.89.278.016.677.26.214.89.875.420.073.07.017.510.272.322.470.07.621.211.867.027.862.010.226.415.058.632.651.013.2 解：（1）由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。習(xí)題5 附圖由原料組成xF=0.40，在圖中確定原料相點F。F=1000kg/h、S/F=0.9，再根據(jù)杠桿規(guī)則可確定F、S的和點M。由最終萃取要求xn=0.06確定Rn。聯(lián)結(jié)Rn、M，其延長線與溶解度曲線交于E1，F(xiàn)E1、RnS兩線的交點即為操作點。 借助輔助曲線作圖可得E1的共軛相點R1（第一級萃取萃余相點），聯(lián)結(jié)R1與溶解度曲線交于E2。同理可找到R2、R3 ，直至萃余相的組成小于0.06為止，操作線的條數(shù)即為理論級數(shù)。由作圖可得 n=6 （2）聯(lián)結(jié)S、E1，并延長交AB與E，E即為萃取液的相點，讀圖可得 由杠桿規(guī)則可得 第十一章 固體物料的干燥習(xí)題解答3. 在總壓101.3 kPa下，已知濕空氣的某些參數(shù)。利用濕空氣